数控车床的典型故障分析和维护维修分析.docx
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数控车床的典型故障分析和维护维修分析
分类号密级
UDC编号
本科毕业论文
题目数控车床的典型故障分析与
维护维修分析
院（系）仙桃职业学院
专业机电一体化
年级2009级
学生姓名胡浩
学号013709212114
指导教师陈中谨
二○一一年三月
摘要：
电子技术的发展以及国内数控装置的发展使得数控装置的价格走低,特别是经济型数控车系统的价格已经是到达了它的最低点。
经济型数控车床在中国的机械加工行业中得到了迅速普及,使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面也得到了迅速提高。
但是随着机床使用时间的延长,数控机床会出现这样或那样的故障,本文就以经济型数控机床的常见故障为例,谈了一些解决的办法。
关键词：
数控车床故障检查法典型故障维修维护
Abstract:
ThedevelopmentofelectronictechnologyandthedomesticdevelopmentofnumericalcontroldeviceNCdevicemakesthepricelower,inparticulareconomicsystem,thepriceofNCalreadyreacheditslowestpoint.EconomicalCNClathemachiningindustryinChinahasbeenrapidlyinpopularity,sothelevelofmachiningqualityintermsofprocessingorinprocessingefficiencyhasalsobeenrisingrapidly.Butastimemachinetool,CNCmachinetoolswillbethefaultonewayoranother,thistypeofCNCmachinetoolstotheeconomiccommonfaults,forexample,talkedaboutsomesolutions.
Keywords:
CNClathefailuretestforfaultrepairandmaintenanceoftypical
目录
一、数控机床1
1.数控加工的概念1
2.数控机床的特点1
3.数控机床使用中应注意的事项2
二、故障检查方法3
１．直观法3
２．自诊断功能法4
３．功能程序测试法4
４．交换法4
５．转移法5
６．参数检查法5
７．测量比较法5
８．敲击法6
９．局部升温6
三、典型故障7
1、换刀装置故障7
2、稳压电源故障7
3、伺服系统故障8
总结11
致谢12
参考文献13
一、数控机床
1.数控加工的概念
首先，要知道数控机床一般的故障出现在什么地方或者是如何去解决问题，我们就必须得熟练的了解数控机床的工作原理及特点等相关的一些知识！
这样我们才能在遇到这些问题的时候得心应手。
数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。
所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。
数控加工一般包括以下几个内容：
（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；
（2）利用图形软件对需要数控加工的部分造型；
（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；
（4）轨迹的仿真检验；
（5）生成G代码；
（6）传给机床加工。
2.数控机床的特点
（1）具有高度柔性
在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。
因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。
也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
（2）加工精度高
数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。
（3）加工质量稳定、可靠
加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。
（4）生产率高
数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。
（5）改善劳动条件
数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。
操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。
另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。
（6）利于生产管理现代化
数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。
数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。
3.数控机床使用中应注意的事项
使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：
（1）机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；
（2）非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。
只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修；
（3）除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；
（4）修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；
（5）机床的PLC程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。
不正确的修改，操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤害操作者；
（6）建议机床连续运行最多24小时，如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分机械器件的寿命，从而会影响机床的精度；
（7）机床全部连接器、接头等，不允许带电拔、插操作，否则将引起严重的后果。
二、故障检查方法
诊断方法
简易诊断技术：
问、看、听、摸、嗅
精密诊断技术：
温度监测、振动监测、噪声监测、油液分析、裂纹监测
１．直观法
这是一种最基本的方法。
维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。
这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。
２．自诊断功能法
现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。
能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。
一旦发现异常，立即在CRT上报警信息或用发光二极管批示出故障的大致起因。
利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控系统部分，并批示出故障的大致部位。
这个方法是当前维修时最有效的一种方法。
３．功能程序测试法
所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入数控系统中，然后启动数控系统使之进行运行，藉以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。
本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的情况下，一时难以确定是编程错误或是操作错误，还是机床故障时的判断是一较好的方法。
４．交换法
这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的方法之一。
所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷线路板、模板，集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。
它实际上也是在验证分析的正确性。
在备板交换之前，应仔细检查备板是否完好，并应检查备板的状态应与原板状态完全一致。
这包括检查板上的选择开关，短路棒的设定位置以及电位器的位置。
在置换CNC装置的存储器板时，往往还需要对系统作存储器的初始化操作（如日本FANUC公司的FS—6系统用的磁泡存储器就需要进行这项工作），重新设定各种数控数据，否则系统仍将不能正常地工作。
又如更换FANUC公司的7系统的存储器板之后，需重新输入参数，并对存储器区进行分配操作。
缺少了后一步，一旦零件程序输入，将产生60号报警（存储器容量不够）。
有的CNC系统在更换了主板之后，带需进行一些特定的操作。
如FNUC公司在FS—10系统，必须按一定的操作步骤，先输入9000～9031号选择参数，然后才能输入0000号至8010号的系统参数和PC参数。
总之，一定要严格地按照有关系统的操作、维修说明书的要求进行操作。
５．转移法
所谓转移法就是将CNC系统中具有相同功能的二块印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移。
藉此，可迅速确定系统的故障部位。
这个方法实际上就是交换法的一种。
因此，有关注意事项同交换法所述。
６．参数检查法
众所周知，数控参数能直接影响数控机床的功能。
参数通常是存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOSRAM中，一旦电池不足或由于外界的某种干扰等因素，会使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。
此时，通过核对、修正参数，就能将故障排除。
当机床长期闲置工作时无缘无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查和校对有关参数。
另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部件磨损，电气无件性能变化等原因，也需对其有关参数进行调整。
有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。
当然这些故障都是属于故障的范畴。
７．测量比较法
CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。
用户也可利用这些端子比较测量正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异。
可以检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置。
甚至，有时还可对正常的印刷线路人为地制造“故障”，如断开连线或短路，拨去组件等，以判断真实故障的起因。
为此，维修人员应在平时积累印刷线路板上关键部位或易出故障部位在正常时的正确波形和电压值。
因为CNC系统生产厂往往不提供有关这方面的资料。
８．敲击法
当系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。
这是由于CNC系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电缆相连。
因此，任何虚焊或接触不良，都可能引起故障。
当用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复再现。
９．局部升温
CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变坏。
当它们尚未完全损坏时，出现的故障变得时有时无。
这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。
当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原来是好的器件烤坏。
１０．原理分析法
根据CNC系统的组成原理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。
运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚的、较深的了解。
除了以上常用的故障检查测试方法外，还有拔板法，电压拉偏法，开环检测法以及在上章中曾提出的诊断方法等多种。
这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，才能逐步缩小故障范围，较快地排除故障。
三、典型故障
1、换刀装置故障
数控车换刀一般的过程是:
换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。
刀换到位后,电机反转缩紧刀架。
在维修数控车的过程中可能遇到了以下几个故障现象。
故障一:
一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象。
故障分析:
由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定就是电气方面的故障。
可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。
对照电路图利用万用表检查后发现:
1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。
因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。
解决办法:
更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。
2、稳压电源故障
机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常,同时系统急停报警,和主轴无信号警。
关机后重新上电故障依旧。
故障分析检查:
经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以排除机械原因,应该是电气故障引起。
该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是I/O接口电源,另一个为系统电源。
失电区域都与I/O接口有关,于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。
由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出,以保护电源电路不被损坏。
于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果发现重新上电后电源指示灯亮了。
这说明电源本身没有损坏。
通过分析得知该电源为I/O接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。
沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。
原因很明显:
由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止,导致发生以上故障。
至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。
解决办法:
用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报警解除照明灯也亮了。
3、伺服系统故障
机床停止时，有关进给轴振动：
１）检查高频脉动信号并观察其波形及振幅，若不符合应调节有关电位器
２）检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器
３）检查位置检测用编码盘的轴、联轴节、齿轮系是否啮合良好
机床运行时声音不好，有摆动现象
１）首先检查测速发电机换向器表面是否光滑、清洁，电刷与换向器间是否接触良好
２）检查伺服放大器速度环的补偿功能，若不符合应调节补偿用电位器
３）检查伺服放大器位置环增益是否符合要求，若不符合要求对有关的电位器应予以调整
４）检查位置检测器与联轴节间的装配是否有松动
５）检查由位置检测器来的反馈信号的波形及D/A转换后的波形幅度
飞车现象
１）位置传感器或速度传感器的信号反相，或者是电枢线接反了，即整个系统不是负反馈而变成正反馈了
２）速度指令给的不正确
３）位置传感器或速度传感器的反馈信号没有接或者是有接线断开
４）CNC控制系统或伺服控制板有故障电源板有故障而引起的逻辑混乱
第四章维修技术
１）必要的维修用器具
测量仪器、仪表
万用表 逻辑测试笔和脉冲信号笔
示波器 PLC编程器
IC测试仪 IC在线测试仪
短路追踪仪 逻辑分析仪
２）必要的维修用器具
维修工具
电烙铁 吸锡器
螺丝刀 钳类工具
扳手 其他
化学用品
松香、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油
３）维修中注意事项
从数控系统中取下某电路板时，应记录相对应的位置和连接的电缆号
电路板上刷有阻焊膜，不要任意铲除；测线路间阻值时，先切断电源。
每测一处均应红黑笔对调一次，以阻值大的为参考值
不应随意切断印刷电路
在无把握确定某一元件为故障元件时，不要随意拆卸，更换故障元件时避免同一焊点的长时间加热和对故障元件的硬取
查清电路板的电源配置及种类，按检测需要，采取局部供电或全部供电
４）数控机床的维护
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。
数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。
概括起来，要注意以下几个方面。
１.制订数控系统日常维护的规章制度
根据各种部件特点，确定各自保养条例。
如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。
２.应尽量少开数控柜和强电柜的门
因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。
一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。
有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。
正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。
因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。
３.定时清扫数控柜的散热通风系统
应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。
如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。
４.经常监视数控系统用的电网电压
总结
进入21世纪，随着数控技术的飞速发展，数控设备已遍布全世界，不仅工业发达国家已广泛采用，就是发展中国家也大量使用。
我国自改革开放以来也引进了不少先进的设备，这些设备的特点是以大规模集成电路为主的数控设备，这些设备功能强，生产效率高。
在数控机床维修中推广应用新技术、新工艺、新材料，做好数控的技术改造和局部改装设计管理工作，搞好数控机床维修用工、检、量具的管理，搞好数控设备维修的质量管理等工作。
只有这样，才能做好数控机床的维修工作，保障数控机床的正常运行，从而保障企业生产的顺利运行。
致谢
本次毕业论文已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在论文写作过程中，得到了陈老师的耐心的指导，从课题的选择到论文的最终完成，老师都始终给了我细心的指导和不懈的支持。
在此向陈陈中瑾老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
最后我还要感谢多年来学校对我的栽培。
参考文献
[1]FANUC-0i-mate使用说明书.
[2]大连机床集团数控车床电器说明书.
[3]广州数控GSK980T使用说明书.
[4]沈阳机床集团数控车床电器说明书.
[5]王侃夫.数控机床故障诊断及维护.机械工业出版社.
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